煤矿机电知识之电缆实用技术及运行管理

电缆实用技术及运行管理1.1.1电力电缆的发展历史1.1.2架空线路与电力电缆的特点1.1.3电力电缆线路：电缆本体（一般简称电缆）附件：中间接头、终端头（户内型、户外型、可分离终端）（可分离连接器）其他安装器材（桥架、穿管、防火材料等）电力电缆线路由电缆本体和附件及其他安装器材组成。电缆之间的接续由中间接头完成。电缆与其他电器设备的连接由终端头或可分离终端完成。电缆线路输电特点：高压输电导线通过固体绝缘体隔离后被封闭在接地的金属屏蔽内部。（架空输电线路：高压输电导线通过空气绝缘体隔离，大地为地电极。）1.1电力电缆线路概述煤矿机电论文常用电缆类型和特点电力电缆主要有三大类型（按绝缘材料分）：油浸纸绝缘型油浸纸绝缘电力电缆是历史最久、应用最广和最常用的一种电缆。由于其成本低，寿命长，耐热、耐电性能稳定，在1kV至330kV各种电压等级的电缆中都被广泛采用。塑料绝缘型（挤包型）（1）聚氯乙烯V(PVC)；（2）聚乙烯(PE)；（3）交联聚乙烯YJV(XLPE)。橡皮绝缘型由于橡皮富有弹性，性能稳定，有较好的电气、机械、化学性能，在10kV及以下的电缆线路中大量应用橡皮绝缘电缆。1.3电缆的基本结构各组成部分作用特点1.3.1导体导体是提供负荷电流的通路，电缆导体采用高电导系数的金属铜或铝制造。铜的电导率大，机械强度高，易于进行压延、拉丝和焊接等加工。铜是电缆导体最常用的材料，其主要性能是：（1）20℃时的密度：8.89g/cm³；（2）20℃时的电阻率：1.724x10-8Ω•m；（3）电阻温度系数：0.00393/℃（4）抗拉强度：200-2l0N/mm²。铝也是用作电缆导体比较理想的材料，其主要性能是：（1）20℃时的密度：2.70g/cm³；（2）20℃时的电阻率：2.80x10-8Ω•m；（3）电阻温度系数：0.00407/℃；（4）抗拉强度：70-95N/mm²。导体截面和直流电阻由于电流通过导体时因导体存在电阻而会产生热，因此，要根据输送电流量选择合适的导体截面，其直流电阻应符合规定值,以满足电缆运行时的热稳定要求。导体截面在验收中是一个比较重要数据，目前铜价高，变化快，在整个电缆价格中占一半以上价值，有些厂家在招标中压低报价，主要手段是亏方（铜包铝）和降低外护层厚度和使用劣质材料。在工程实际中，经验丰富工程技术人员，通过目测可以估计出电缆导体截面的大小，也可以通过被测量导体外形尺寸，经查表知道导体截面积。测量线径计算法：A=n/4∏d²A：导体截面积mm²n：导线根数d：导线直径mm²称重法：截取电缆导体一段，将每根导线分层剥下，并板成直线，擦清后，称其重量，测其长度（平均值）：A=G*10³/σLG：各层导线之和L：各层导线平均长度σ：材料密度导体直流电阻是电缆线路的主要电器参数之一，包括导体直流电阻和交流电阻。导体直流电阻是电缆线路在施加直流电压时的电阻值，它与导体所用材料的电阻率和环境温度有关。直流电阻是计算交流电阻的依据。在进行电缆线路的参数测量和测寻故障时是非常重要的参数数据。导体结构：导体也是电缆工作时的高压电极，而且其表面电场强度最大，如果局部有毛刺则该处的电场强度会更大。因此，设计和生产中以及使用部门在制作接头的导体连接时，要解决的主要技术问题之一就是力图使导体表面尽量做到光滑圆整无毛刺，以改善导体表面电场分布。电缆导体一般由多根导丝绞合而成。采用绞合导体结构，是为了满足电缆的柔软性和可曲度的要求。当导体沿某一半径弯曲时，导体中心线圆外部分被拉伸，中心线圆内部分被压缩，绞合导体中心线内外两部分可以相互滑动，使导体不发生塑性变形。从绞合导体其外形来分，有圆形、扇形、腰圆形和中空圆形等种类。圆形绞合导体几何形状固定，稳定性好1，表面电场比较均匀。20kV及以上油纸电缆，10kV及以上交联聚乙烯电缆，一般都采用圆形绞合导体结构。1.3.2半导电屏蔽层半导电屏蔽层是中高压电缆采用的一项改善金属电极表面电场分布，同时提高绝缘表面耐电强度的重要技术措施。首先代替导体形成了光滑圆整的表面，大大改善了表面电场分布。同时，能与绝缘紧密接触，克服了绝缘与金属无法紧密接触而产生气隙的弱点，而把气隙屏蔽在工作场强之外。在附件制作中也普遍采用这一技术。在绝缘表面和护套接触处，也可能存在间隙，电缆弯曲时，特别是油纸电缆绝缘表面易造成裂纹，这些都是引起局部放电的因素。1.3.3绝缘绝缘是将高压电极与地电极可靠隔离的关键结构。绝缘承受工作电压及各种过电压长期作用，因此其耐电强度及长期稳定性能是保证整个电缆完成输电任务的最重要部分。能耐受发热导体的热作用而保持应有的耐电强度。电缆技术的进步主要由绝缘技术的进步所决定。从生产到运行，绝大部分试验测量项目都是针对监测绝缘的各种性能为目的的。绝缘层厚度与工作电压有关。一般来说，电压越高，绝缘层的厚度也越厚，但不成正比例。因为从电场强度方面考虑，同样电压等级的电缆当导体截面积大时，绝缘层的厚度可以薄些。对于电压较低的电缆，为保证电缆弯曲时有一定的机械强度，绝缘厚度则随导体截面增大而加厚，10KV交联电缆厚度4.5mm。1.3.4护层为了使电缆绝缘不受损伤，并满足各种使用条件和环境的要求，在电缆绝缘层外包覆有保护层，叫做电缆护层。电缆护层分为内护层和外护层。内护层：内护层是包覆在电缆绝缘上的保护覆盖层，用以防止绝缘层受潮、机械损伤以及光和化学侵蚀性媒质等的作用，同时还可以流过短路电流。内护层有金属的铅护套、平铝护套、皱纹铝护套、铜护套、综合护套，以及非金属的塑料护套、橡胶护套等。金属护套多用于油浸纸绝缘电缆和110kV及以上的交联聚乙烯绝缘电力电缆；塑料护套（特别是聚氯乙烯护套）可用于各种塑料绝缘电缆；橡胶护套一般多用于橡胶绝缘电缆。外护层1.4电缆行业标准电力行业电缆标委会（秘书处设在武高所）：电力电缆及附件技术条件、运行、安装方面的标准；CSBTS全国电线电缆标准化技术委员会：电缆生产制造技术标准；IEC国际电工委员会：产品通用标准,IEC橡塑产品标准有两个,其他为这两个产品标准所引用的实验方法标准和外护层的实验标准。IEC经常有一些对上述标准的修改和补充，近期修改内容。1.4.1标准概述采用IEC标准，一致性程度分三种：等同采用：结构、内容完全一致，即翻译版；等效采用：结构允许改变、内容实质上一致；修改采用：结构允许改变、内容基本上一致，允许一定程度的修改。我国标准化工作的基本原则1.4.2电缆型号□□□—□□（□）绝缘导体护层—额定电压导体截面（标准代号）电缆的名称及型号反映了电缆的主要结构要素导体、绝缘和护层的型式。规格主要表示额定电压和导体芯数与截面。由此来表示该种电缆的特点及适用场合。我国电力电缆型号，以字母和数字为代号组合表示。完整的电缆型号由产品系列代号和各组成部分代号构成，并加上电缆额定电压、芯数、标称截面及标准号。均以字母表示。外护层代号以数字表示。各种代号的含义。例如：YJV22—8.7/103×240表示为额定电压8.7/10kV，导体截面为240mm2的三芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯钢带铠装电力电缆。YJLV—26/351×300表示为额定电压26/35kV，导体截面为300mm2的单芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铝芯非铠装电力电缆。1.4.3电力电缆电压与系统电压国际电工委员会（IEC）的表示方法为U0/U(Um)，U0为电缆设计时采用的导体和地或金属屏蔽之间额定工频电压，一般相当于电缆所处的电力系统的相电压，但有时不完全一致。U为电缆设计时采用的导体和导体之间额定工频电压,可用于系统的额定线电压。Um为电缆所在系统的最高系统电压的最大值。IEC推荐U0/U序列为：（A）中低压：IEC60502（U=1～30（Um=36）），对应的国标GB12706(U=1～35（Um=40.5））：0.6/1；1.8/3；(3.6/3)、3.6/6；(6/6)、6/10；(8.7/10)、8.7/15；12/15；12/20；18/30；(21/35)；（26/35)；（B）高压：IEC60840（U=45～150（Um=170），对应的国标GB11017：(26/35)、26/45～47；36/60～69；64/110～115；76/132～138；87/150～161；（C）超高压：IEC62067（U=220～500（Um=550）），对应的国标GB/ZXXXXX：127/220～230；160/275～287；190/330～345；220/380～400；290/500。上述序列中，括号内电压为中国系统采用。接地方式对电缆的影响接地方式对电缆的影响（电缆的ABC分类及中国电网概况）为适应电缆所在系统运行条件,便于选择电缆,IEC标准将电力系统划分为三类：A类：该系统任一相导体与地或接地导体接触，能在1min内与系统分离；B类：该系统仅包括单相导体与地或接地导体接触，接地故障时间不超过8h，每年总累积时间不超过125h；C类：该系统为所有不属于A类及B类的系统。预期会经常处于接地故障运行的系统，选用C类为宜。U0与不同中性点接地方式的选择因此了解电缆的型号规格对予正确使用电缆、正确选用电缆附件是非常重要的。除了电压等级外，导体截面与护层结构的选择也是需要认真考虑的。1.5电力电缆的载流量电缆的载流量是指电缆在最高允许温度下，电缆导体允许通过的最大电流。在选用电缆时，必须确保电缆各部分损耗所产生的热量不使电缆温度超过其最高允许温度。电缆的最高允许温度，主要取决于所用绝缘材料热老化性能。电缆工作温度过高，将加速绝缘材料老化，缩短电缆的使用寿命。1.5.1影响载流量的主要因素电缆载流量是运行管理的一个动态重要技术指标，载流量因计算中考虑因素和取值不同,得出结果相差很大。影响载流量主要因素电缆本体的材料结构和它的敷设环境。（1）材料结构导体最高允许温度：90、70、60。（2）敷设环境。电缆敷设方式、电缆设计、周围环境温度、在电缆敷于地下(直埋或管中)场合，土壤温度、土壤热阻系数、埋设深度、相距和邻近电力电缆或热源的热影响，均对载流量有影响。环境对载流量影响图。1.5.2电缆截面的经济最佳化国际电工委员会标准IEC287-3提出了电缆尺寸即导体截面经济最佳化的观点：电缆导体截面的选择，不仅要考虑电缆线路的初始成本，而且要同时考虑电缆在经济寿命期间的电能损耗成本，应符合使两项成本之和为最低的原则。用数学式表示即：CT=CI+CJ式中，CT为总成本；CI为初始投资成本；CJ为N年经济寿命期间焦耳损耗I²R的现值，即按贴现率（i）换算成现值计算。符合电缆导体截面经济最佳化的称作“经济导体截面”可以通过计算得到（略）。经济截面与成本IEC287-3指出，通常应取电缆运行温θm度与平均环境温度θo之温度差，等于电缆允许最高温度θc与平均环境温度θo温度差的1/3，即θm=1/3θ(θc-θ0)+θ0。例如，交联聚乙烯电缆允许最高温度为90℃，设平均环境温度为24℃,则其运行温度应是1/3（90-24）+24=46℃。满足此运行温度的电缆截面，即符合经济最佳化的原则。1.5.3电缆载流量的计算（1）假设条件。电缆载流量有两个假设条件，一是假定电缆导体中通过的电流是连续的恒定负载（即100%负载率）；二是假定在一定的敷设环境和运行条件下，电缆处于热稳定状态，即电缆加上负载后，导体温度逐渐上升到一个稳定值，这时电缆的发热和散热达到平衡。也就是说，导体、绝缘层和护层中产生损耗所发出的全部热量，能够及时地通过周围媒质散发，导体温度不超过最高允许工作温度。（2）等值热路图和载流量计算。（略）需注意问题：工程中经常发现，由于受到电缆截面的限制，为了增加容量。电缆采用双并、甚至三并的做法。这种方法不可取，因为多并电缆连接时，连接处存在接触电阻不同而此接触电阻又往往与电缆